Керування напрямом руху гідравлічної бурильної головки

1. Спосіб керування напрямком руху гідравлічної бурильної головки (10), в яку подають рідину під високим тиском через гнучкий шланг (11), який подають з обертового барабана (20) у прилеглу свердловину (3), причому вісь (14) обертання барабана (20) по суті розміщена під прямим кутом до осі свердловини (3), при якому на бурильній головці (10) створюють зміщувальне зусилля, який відрізняється тим, що напрямком зміщувального зусилля керують за допомогою обертання барабана (20) і відповідної опори (13) навколо осі свердловини (3), викликаючи обертання головки (10). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що обертальний барабан має по суті горизонтальну вісь (14) обертання, і шланг (11) повертають шляхом C2 2 (11) 1 3 84000 4 забезпечити точність її напряму, особливо у ситуФіг.1 - горизонтальний переріз передбачуваної аціях, таких як видалення метану з вугільних пласпідземної виробки, що показує бажане розташутів перед розробкою таких пластів. У цих ситуаціях вання свердловин для дегазації шахти; надзвичайно важливо досягти рівномірного розпоФіг.2 - схематичний вертикальний переріз звиділу дегазаційних свердловин і досягти точного чайної бурової установки для буріння з малим раположення цих свердловин, щоб вони проходили діусом, в якій використовується гідравлічна буричерез передбачувані штреки. льна головка, що подається на гнучкому шлангу; У минулому було важко керувати напрямком Фіг.3 - схематичний вигляд у перспективі поруху гідравлічної бурової головки такого типу, яка верхневої поворотної бурової установки для подаподається на гнучкому шлангу, звичайно з поверхчі шланга згідно з даним винаходом; невої бурильної установки, виконаної з можливісФіг.4 - схематичний вигляд у перспективі устатю працювати за технологією "буріння з малим новки, подібної показаній на Фіг.3, змонтованої на радіусом", або з підземної бурильної установки вантажівці або причепі; для збійки камер, при підготовці шахти до експлуФіг.5 - схематичний вигляд вертлюжного з'єдатації або при розвідувальному бурінні. нання з храповим механізмом для обертання Ціллю даного винаходу стало створення просшланга в альтернативному варіанті даного винатого та надійного способу керувати напрямком ходу; руху гідравлічної бурильної головки описаного Фіг.6 - вигляд у перспективі переднього кінця типу. гідравлічної бурильної головки, що ілюструє асиТака ціль була досягнута за рахунок способу метричне калібрувальне кільце, яке використовукерування напрямком руху гідравлічної бурильної ється для створення змішувального зусилля на головки, в яку подають рідину під високим тиском бурильній головці. через гнучкий шланг, який подають з обертового Нижче йде докладний опис переважного варібарабана у прилеглу свердловину, причому вісь анту даного винаходу з посиланнями на типову обертання барабана по суті розташована під пряситуацію дегазації шахти, коли з поверхні бурять мим кутом до осі свердловини, при якому на буривертикальну свердловину і застосовують уїпсток льній голівці створюють зміщувальне зусилля, і для створення радіальних свердловин, що відхопри якому згідно з винаходом напрямком зміщувадять від вертикальної свердловини на заданих льного зусилля керують за допомогою обертання глибинах, однак, потрібно розуміти, що спосіб згідбарабана і відповідної опори навколо осі свердлоно з даним винаходом може застосовуватися у вини, викликаючи обертання головки. багатьох інших ситуаціях гідравлічного буріння, Переважно обертальний барабан має по суті включаючи горизонтальне буріння між карманами горизонтальну вісь обертання, і шланг повертають з підземного положення. шляхом повороту барабана і відповідної опори На Фіг.1 показана типова операція по дегазації навколо вертикальної осі, яка по суті співпадає з шахти, на якій необхідно видалити метан або інші вертикальною свердловиною, в яку шланг поданебезпечні гази з вугільних пластів 1 у положенні ють під землю. імовірних штреків 2, які будуть пройдені як частина Переважно, гідравлічну бурильну головку заоперації видобування. Дегазацію можна проводити стосовують з поверхні землі, і вказані барабан та безпечно і економічно, пробуривши з поверхні опора розташовані на поверхні землі або над нею. безліч вертикальних свердловин 3 і застосувавши Переважно, гідравлічну бурильну головку затехнологію буріння з малим радіусом для проходстосовують з підземного місцеположення, причому ки радіальних свердловин, наприклад, показаних напрямок прилеглої свердловини ближчий до гопозицією 4, що відходять від вертикальної свердризонтального, ніж до вертикального. ловини 3. Слід зазначити, що напрям радіальних Переважно, бурильна головка містить множисвердловин повинен точно контролюватися так, ну різальних струменів, що ви ходять з виконаної з щоб вони проходили через кожний з окремих карможливістю обертання головки, причому зміщуваманів у штреку 2. льне зусилля створюють шляхом часткового переСистема буріння з малим радіусом більш точкривання щонайменше одного з різальних струмено показана на Фіг.2, де з поверхні землі 5 бурять нів на заданій обмеженій дузі її повороту. вертикальну свердловину 3 і в неї спускають колоПереважно, часткове перекривання забезпену 6 для підтримки уїпстока 7 у розширеній ділянці чують за допомогою асиметричного калібруваль8 свердловини у потрібному положенні для бурінного кільця, розташованого на гідравлічній буриня радіальних свердловин у вугільному пласті 9. льній голівці. На гідравлічну бурильну головку 10 по гнучкоПереважно, зміщувальне зусилля створюють му шлангу 11, який проходить у колоні 6 і відвоасиметричним розташуванням направлених назад диться горизонтально висувним важелем 12 уїпсструменів, призначених для проштовхування різатока 7, подають рідину (звичайно воду) під льної головки уперед, або за допомогою фіксовависоким тиском. ного зміщувального сопла у бурильній головці. Гнучкий шланг подають з поверхні землі, де Незважаючи на те, що даний винахід може він зберігається на барабані 20, що обертається набувати різних форм, що входять в його об'єм, навколо горизонтальної осі 14 і встановлений на далі йде опис лише одного його ілюстративного поверхневій буровій установці 13. варіанту з посиланнями на додані креслення, на Поверхнева бурова установка може містити яких: також й інші вузли, наприклад, додатковий барабан 15 для керувального джгута 16 і напрямні шкі 5 84000 6 ви (не показані) для спрямування шланга і керуваким чином, вся поверхнева бурова установка здального джгута у вертикальну свердловину 3. тна здійснювати поворот гнучкого шланга 11. На барабан 20 для шланга від насоса 19 висоЯк показано на Фіг.4, можна встановити бурокого тиску подають воду під високим тиском через ву установку на платформі 27 вантажівки або приподавальний шланг 18. чепа так, що установку можна повертати також Для забезпечення керування напрямком руху навколо вертикальної ділянки гнучкого шланга 11, гідравлічної бурильної головки 10, для керування що призводить до повороту всього шланга, коли вертикальним положенням головки і для утриманвін проходить вниз крізь платформу вантажівки. ня її у межах вугільного пласта 9, і для спрямуванБудь-який поворот бурової установки 13 як поня головки у необхідному напрямі для одержання воротний стіл перетворюється у відповідний повокуща свердловин, показаного на Фіг.1, до головки рот ділянки шланга навколо його поздовжньої осі і, прикладають змішувальне зусилля, що намагаєтьтим самим, може використовуватися для позиціося змістити або відхилити бурильну головку по нування зміщувального зусилля на головці з будьвикривленій траєкторії. Змішувальне зусилля потім яким заданим нахилом. Необхідні комунікації, які орієнтують, повертаючи бурильну головку шляхом потрібно підключити до поворотного стола або повороту гнучкого шланга 11. Це можна виконати барабана для шланга, включають воду високого декількома способами, як буде описано нижче. тиску, електроенергію і кабелі для передачі даних Змішувальне зусилля можна прикладати деківід приладів. Вертлюжне з'єднання для води висолькома способами, однак було встановлено, що кого тиску може бути розташоване над талевою переважним було б прикладати це зусилля, виковишкою, що проходить вздовж осі обертання стористовуючи асиметричне калібрувальне кільце, ла. Грубим, але ефективним способом підключенрозташоване на бурильній головці. ня кабелів живлення і кабелів даних є розмотуУ паралельній міжнародній заявці на патент вання цих кабелів з барабана, встановленого у PCT/AU02/01550 того ж автора описана гідравлічкузові напівпричепа 27, безпосередньо на барана бурильна головка, що має калібрувальне кільбан, встановлений на поворотному столі. Можна це, і виявилося дуже просто виконати передню передбачити досить кабелю для, наприклад, 100 кромку калібрувального кільця асиметричною, як обертів поворотного стола, тобто величини, яка показано на Фіг.6. У такій конфігурації калібруванавряд чи буде досягнута при бурінні керованих льне кільце 20, яке концентрично встановлене на радіальних або поперечних свердловин. Після поворотній головці 21, що створює стр умені рідизавершення буріння горизонтальних свердловин ни, робиться асиметричним або за рахунок того, кабелі намотуються назад на подавальний баращо ведуча кромка 22 кільця більше виступає з бан і готові до буріння іншої горизонтальної сверодного боку головки, ніж з іншого, або за рахунок дловини. іншої асиметричної форми ведучої кромки кільця. Такий спосіб повороту шланга з поверхні має Таким чином, рідину, що викидається з бічного ту перевагу, що усі компоненти системи розташоструменя насадки 23, який розбурює свердловину, вані на поверхні і поза свердловиною. Це є переможна частково перекривати або відхиляти ведувагою, оскільки правильність роботи усіх компонечою кромкою калібрувального кільця в одній точці нтів можна перевіряти візуально, і, крім того, повороту головки 21 так, щоб створити нерівне полегшує обслуговування і підвищує надійність. або зміщене бічне зусилля, що намагається переСистема дозволяє чудово керувати орієнтацією вести бурильну головку на криволінійну траєктозмішувального зусилля і здатна повертати інструрію. мент в обох напрямах. Можуть існувати альтернативні способи ствоВ альтернативних способах повороту гнучкого рення зміщувального зусилля у бурильній головці, шланга 11 можуть використовува тися різні форми зміщуючи зусилля від направлених назад струмевертлюжних з'єднань, як механізованих, так і ненів, щоб зсунути головку уперед, як описано у міжмеханізованих. народній заявці на патент PCT/AU96/00783, або Наприклад, у шланг може бути вставлене збільшивши один із струменів у порівнянні з іншипроміжне механізоване вертлюжне з'єднання, яке ми, або частково відхиливши один із направлених при бурінні звичайно розташовується у вертикальназад струменів під великим кутом до осі бурильній свердловині. Вертлюжне з'єднання можна акної головки, у порівнянні з іншими струменями. тивувати з поверхні для повороту на заданий кут Як варіант, бурильна головка може бути за(тільки в одному напрямі і приростами на певну безпечена фіксованим змішувальним соплом. кількість градусів). До вертлюжного з'єднання для Переважний спосіб повороту гн учкого шланга його роботи приєднані окремі лінії живлення (еле11 і, тим самим, гідравлічної бурильної головки 10, ктричні або гідравлічні), які також потрібно подавадля орієнтації зміщувального зусилля у потрібному ти у свердловину під час буріння. Ескіз типового напрямі полягає у повороті усієї поверхневої буровертлюжного з'єднання показаний позицією 28 на вої установки 13 навколо вертикальної осі гнучкого Фіг.5. шланга 11, з якої шланг подається вниз у вертикаУ ще одному альтернативному варіанті спосольну свердловину 3. Така конфігурація схематично бу повороту шланга немеханізоване вертлюжне показана на Фіг.3, де поверхнева бурова установз'єднання із храповим механізмом може бути ка 13 виконана з можливістю повороту у горизонвстановлене або відразу за бурильною головкою тальній площині навколо поворотного стола 24 на 10, або його можна врізати у шланг де-небудь у роликах 25, при цьому другий кінець платформи вертикальній свердловині 3. Цей простий, але груопирається на колеса 26, орієнтовані по колу. Табий засіб керування напрямком руху використовує шланг високого тиску, що зазнає певного скручу 7 84000 8 вання або внаслідок зміни тиску у шлангу, або манами з підземного положення. Ця операція завнаслідок зміни його натягнення. стосовується у підземних штреках для буріння Зміни тиску і/або натягнення шланга примусвердловин у сусідні пласти для випускання нешують шланг обертатися відносно барабана 12. безпечних газів до початку операцій з розробки Обертання поглинається храповим механізмом пласта, або для збирання з вугільних пластів цінвертлюжного з'єднання, а це означає, що зусилля них газів, таких як метан, для виробництва електспрацьовування храповика повинно бути меншим, роенергії. ніж опір повороту, якого зазнає бурильний інструБуріння горизонтальних свердловин між кармент або комбінація інструмента і шланга у свердманами аналогічне описаному вище за винятком ловині і на траєкторії шланга в уїпстоку. При відтого, що шланг подається з барабана, вісь оберновленні тиску і/або натягнення шланг тання якого опирається на раму, яка, у свою чергу, обертається у протилежному напрямі. виконана з можливістю повороту на відповідній Храповий механізм вертлюжного з'єднання опорі навколо осі, що звичайно проходить по суті перешкоджає розкручуванню шланга в його початгоризонтально і співпадає з віссю суміжної свердкове положення відносно бурильного інструмента, ловини, в яку подається шланг. Хоча у цьому коні, в результаті, бурильний інструмент змушений тексті застосований термін "горизонтально", потріповертатися. бно розуміти, що свердловина може мати нахил, Цей спосіб оснований на здатності генерувати але звичайно її напрям ближчий до горизонталькерований відносний поворот вертлюжного з'єдного, ніж до вертикального. нання шланга при зміні тиску води або натягнення Шляхом прикладення змішувального зусилля шланга. Ускладнюючим фактором є вплив тиску у до гідравлічної бурильної головки 10 і, потім, шляшлангу на його довжину і, отже, натягнення. хом керування напрямком цього зусилля повороХоча і механізоване і немеханізоване вертлютом гнучкого шланга 11, переважно, за рахунок жне з'єднання із храповим механізмом можна повороту усієї наземної бурової установки спосовстановлювати поруч з бурильною головкою, або бом, показаним на Фіг.3 і 4, досягається точне кенавіть у бурильній головці, переважно їх розміщурування напрямком бурильного інструмента. Якщо вати ближче до подавального барабана, щоб гнучнеобхідно направити бурильний інструмент "по кий шланг повертався з місця закладення свердпрямій", шланг можна безперервно обертати, що ловини, віддаленого від бурильної головки. призведе до дрібної подовженої спіральної траєкХоча даний винахід був описаний для викориторії бурильної головки, яка наближається до прястання у вертикальних свердловинах, які буряться мої. з поверхні землі, і в яких застосовується уїпсток Якщо потрібно здійснити поворот у потрібному для створення горизонтальних свердловин, що напрямі, бурильну головку повертають так, щоб відходять від вертикального стовбура, даний визміщувальне зусилля відводило бурильну головку нахід в однаковій мірі може застосовуватися і в у потрібному напрямі, і утримують таку орієнтацію, інших випадках гідравлічного буріння, наприклад, поки поворот напряму руху головки не буде завепри бурінні горизонтальних свердловин між карршений. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський 84000 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601